DE3142949C2

DE3142949C2 -

Info

Publication number: DE3142949C2
Application number: DE3142949A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Wako Saitama Jp Ohta
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1980-10-31
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1993-01-07
Also published as: US4539741A; FR2493605A1; DE3142949A1; US4494131A; FR2493605B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bestehend aus mehreren Josephson-Elementen mit einer unteren streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht, einer die untere streifenförmige dünne Supra leiterschicht zumindest teilweise überdeckende obere streifenför mige dünne Supraleiterschicht, einer im Überdeckungsbereich der unteren und der oberen streifenförmigen dünnen Supraleiter schicht zwischen diesen angeordneten Isolierschicht und mit Eng stellen, die die untere und die obere dünnen Supraleiterschich ten zur Erzeugung der Josephson-Elemente miteinander verbinden. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung aus mehreren Josephson-Elementen.The invention relates to a device consisting of several Josephson elements with a lower stripe-shaped thin Superconductor layer, one the lower strip-shaped thin supra upper layer at least partially covering the conductor layer thin superconductor layer, one in the overlap area of the lower and upper strip-shaped thin superconductors layer between these arranged insulating layer and with narrow make the lower and upper thin superconductor layers to create the Josephson elements. The invention further relates to a method of manufacture such a device from several Josephson elements.

Josephson-Elemente können in der Technik für die verschiedenar tigsten Zwecke angewendet werden. Beispielsweise ist bekannt, ein Josephson-Element als Schaltelement in einem ver lustarm arbeitenden Rechner für sehr hohe Arbeitsgeschwindigkei ten zu verwenden oder als hochempfindlichen und trägheitsarmen Detektor für Mikrowellen, Millimeterwellen oder dergleichen, als Detektor für das schwache magnetische Feld, das von dem menschli chen Gehirn, Herzen oder dergleichen ausgeht, oder als Normal spannungsquelle. Das Bedürfnis nach der Massenproduktion von Josephson-Elementen nimmt ständig zu. Josephson elements can be used in engineering for the various most of the purposes. For example, it is known a Josephson element as a switching element in a ver low-lust computer for very high working speeds to use or as highly sensitive and low inertia Detector for microwaves, millimeter waves or the like, as Weak magnetic field detector by the human Chen brain, heart or the like, or as normal voltage source. The need for mass production of Josephson elements is constantly increasing.

Ein quasiplanares Josephson-Element, das mit reproduzierbaren Eigen schaften in Massenproduktion herstellbar ist, ist in IEEE Trans. Electron Devices, Bd. ED-27, Okt. 1980, S. 2027-2029 angegeben und beesitzt gemäß Fig. 1 ein Substrat 1, fer ner zwei Supraleiterschichten 2 und 3, die auf dem Substrat ange ordnet sind und teilweise unter Zwischenlage einer Isolier schicht 4 übereinanderliegen, und einen supraleitenden Verbindungsteil 5, der sich von der oberen Supraleiterschicht über einen Rand der Isolierschicht 4 zu der unteren Supraleiter schicht erstreckt. In dieser Ausführungsform entspricht die Län ge des supraleitenden Verbindungsteile der Dicke der sehr dünnen Isolierschicht 4, so daß durch die Wahl der Dauer des Aufsputterns oder Aufdampfens von Isoliermaterial zur Bil dung der Isolierschicht die Länge des supraleitenden Ver bindungsteils genau auf einen sehr kleinen Wert bemessen werden kann.A quasi-planar Josephson element which can be mass-produced with reproducible properties is specified in IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-27, Oct. 1980, p. 2027-2029 and has a substrate 1 according to FIG. 1 , fer ner two superconductor layers 2 and 3 , which are arranged on the substrate and partly with the interposition of an insulating layer 4 , and a superconducting connecting part 5 , which extends from the upper superconductor layer over an edge of the insulating layer 4 to the lower superconductor layer. In this embodiment, the length of the superconducting connecting parts corresponds to the thickness of the very thin insulating layer 4 , so that the length of the superconducting connecting part is measured precisely to a very small value by the choice of the duration of the sputtering or vapor deposition of insulating material for forming the insulating layer can.

In der Praxis wird die Isolierschicht 4 in einer Dicke von der Größenordnung von wenigen zehn nm dadurch gebildet, daß Iso liermaterial oder Halbleitermaterial, beispielsweise SiO₂. auf die dünne Supraleiterschicht 2 aufgesputtert wird, die eine Dicke in einer Größenordnung von wenigen zehn bis wenigen hundert nm hat, oder daß die Oberfläche der Supraleiterschicht 2 in einer oxidierenden Atmosphäre oxidiert wird. Der supra leitende Teil 5 wird gebildet, indem auf die obere und die unte re, dünne Supraleiterschicht 2 und 3 und einen Seitenrand der Isolierschicht 4 ein geeignetes Material in einer Dicke von wenigen zehn bis wenigen hundert nm aufgesputtert wird. Dann ist die Länge des die obere und die untere Supra leiterschicht 2 und 3 miteinander verbindenden supra leitenden Verbindungsteils 5 gleich der Dicke der Isolier schicht 4, und man kann je nach der geforderten Impedanz für die Länge dieses Teils 5 einen geeigneten Wert in dem Bereich von wenigen zehn bis zu wenigen hundert nm wählen.In practice, the insulating layer 4 is formed in a thickness of the order of a few tens of nm by insulating material or semiconductor material, for example SiO ₂ . is sputtered onto the thin superconductor layer 2 , which has a thickness on the order of a few tens to a few hundred nm, or that the surface of the superconductor layer 2 is oxidized in an oxidizing atmosphere. The superconducting part 5 is formed by sputtering a suitable material with a thickness of a few tens to a few hundred nm onto the upper and the lower right, thin superconductor layers 2 and 3 and a side edge of the insulating layer 4 . Then the length of the upper and lower superconducting layers 2 and 3 interconnecting superconducting connecting part 5 is equal to the thickness of the insulating layer 4 , and depending on the required impedance for the length of this part 5 a suitable value in the range of choose a few tens to a few hundred nm.

Diese Anordnung hat folgende Vorteile:This arrangement has the following advantages:

1. Die Länge des supraleitenden Verbindungsteils kann auf ein äußerst kleines Maß vermindert werden, während die Supraleiterschichten 2 und 3 am Elektrodenteil weiterhin eine große Dicke haben können, so daß das Produkt I_mR_j (I_m=kritische Stromstärke; R_j=Übergangswiderstand) beträchtlich vergrößert werden kann.1. The length of the superconducting connecting part can be reduced to an extremely small extent, while the superconducting layers 2 and 3 on the electrode part can still have a large thickness, so that the product I _m R _j (I _m = critical current; R _j = contact resistance) ) can be enlarged considerably.
2. Der supraleitende Verbindungsteil kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden.2. The superconducting connecting part can be made different materials.
3. Die elektrostatische Kapazität kann vermindert werden.3. The electrostatic capacity can be reduced.
4. Man kann eine lange Lebensdauer erzielen, wenn man die Supraleiterschicht 3 nicht aus einer Bleilegierung, sondern aus einem anderen Material, wie Nb oder dergleichen, herstellt.4. A long service life can be achieved if the superconductor layer 3 is not made from a lead alloy but from a different material, such as Nb or the like.
5. Das Josephson-Element kann durch Photolithographie oder Elektronenstrahllithographie leicht in Massenproduktion hergestellt werden.5. The Josephson element can be done by photolithography or electron beam lithography easily in mass production getting produced.

Eine wichtige Eigenschaft des quasiplanaren Josephson-Elements besteht darin, daß die elektrostatische Kapazität von der Fläche ab der unter Zwischenlage der Isolierschicht übereinanderliegenden den Teile der Supraleiterschichten 2 und 3 abhängt und mit dieser Fläche abnimmt. Der Übergangswiderstand R_j und die kritische Stromstärke I_m sind von der Breite C des sich über die Dicke der Isolierschicht 4 erstreckenden supraleitenden Verbindungsteils abhängig, so daß bei abnehmender Breite C der Übergangswiderstand R_j zunimmt und die kritische Stromstärke I_m abnimmt.An important property of the quasiplanar Josephson element is that the electrostatic capacity depends on the area from the parts of the superconductor layers 2 and 3 which are superimposed with the interposition of the insulating layer and decreases with this area. The contact resistance R _j and the critical current I _m are dependent on the width C of the extending over the thickness of the insulating layer 4 compound superconductor member so that with decreasing width C of the contact resistance R _j is increased and the critical current I _m decreases.

In den Fig. 2(A), (B) und (C) ist die Beziehung zwischen der kritischen Stromstärke I_m und dem Übergangswiderstand R_j für den Fall gezeigt, daß bei gleichbleibender Fläche a · b, d. h. bei gleichbleibender elektrostatischer Kapazität, die Breite C verändert wird. Man erkennt aus den Fig. 2(A), (B) und (C), daß bei zunehmender Breite C die kritische Stromstärke I_m zunimmt und der Übergangswiderstand R_j abnimmt.In Figs. 2 (A), (B) and (C) the relationship between the critical current strength I is _m and the resistance R _j in the case shown that for the same area a x b, ie with a constant electrostatic capacity which Width C is changed. It can be seen from FIGS. 2 (A), (B) and (C) that as the width C increases, the critical current intensity I _m increases and the _contact resistance R _j decreases.

Bei der Herstellung des quasiplanaren Josephson- Elements gemäß der Fig. 1 führt eine Veränderung der Lage von Masken in der Richtung X oder Y direkt zu einer Veränderung der Fläche a.b, so daß folgende Probleme auftreten:In the production of the quasi-planar Josephson element according to FIG. 1, a change in the position of masks in the X or Y direction leads directly to a change in the area, so that the following problems occur:

(a) Es ist schwierig, die elektrostatische Kapazität des Elements beträchtlich zu verringern, d. h., a und b auf Werte unter 1 µm zu vermindern.(a) The electrostatic capacity is difficult of the element significantly d. H., Reduce a and b to values below 1 µm.
(b) Es besteht eine Tendenz zu einer beträchtlichen Streuung der Kennwerte des Elements, insbesondere seiner elektrostatischen Kapazität.(b) There is a tendency to be considerable Scattering of the characteristic values of the element, in particular its electrostatic capacity.
(c) Es ist schwierig, die elektrostatische Kapazität zu verkleinern und den Übergangswiderstand R_j zu vergrößern (um die in der Fig. 2(A) dargestellte Kennlinie zu erhalten).(c) It is difficult to decrease the electrostatic capacity and increase the contact resistance R _j (to obtain the characteristic shown in Fig. 2 (A)).

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Element treten ferner folgen de Probleme auf:The following problems also occur with the element shown in FIG. 1:

(d) Es ist schwierig, ohne Vergrößerung der Abmessungen des Elementes die kritische Stromstärke I_m zu erhöhen (um die in der Fig. 2(C) dargestellte Kennlinie zu erhal ten).(d) It is difficult to increase the critical current I _m without increasing the dimensions of the element (to obtain the characteristic shown in FIG. 2 (C)).
(e) Es ist schwierig, ohne Vergrößerung der Abmessungen des Elements einen Aufbau zu erhalten, mit dem ein ausge zeichnetes magnetfeldabhängiges Verhalten erzielt wird.(e) It is difficult to increase the size of the Elements to get a structure with which one out recorded magnetic field-dependent behavior is achieved.

Bereits aus der Veröffentlichung IBM J. Res. Develop., Bd. 24, März 1980, S. 143-154 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt. Wesentlich ist, daß hier die Engstel len, die untere und die obere dünnen Supraleiterschichten mitein ander verbinden, zwischen den beiden Schichten durch Unterbre chungen der zwischen den Schichten angeordneten Isolierschicht erhalten werden. Diese Engstellen sind also sandwichartig zwi schen den Supraleiterschichten eingeschlossen. Diese vorbekann ten Josephson-Elemente sind vergleichsweise dick aufgebaut.Already from the publication IBM J. Res. Develop., Vol. 24, March 1980, pp. 143-154 is a device according to the preamble of the main claim known. It is essential that the angel len, the lower and the upper thin superconductor layers connect the other, between the two layers by under the insulating layer arranged between the layers be preserved. These constrictions are sandwiched between trapped between the superconductor layers. This previously known The Josephson elements are comparatively thick.

Gegenüber diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, daß sie, vorzugsweise zur Herstellung eines supraleitenden Quan teninterferometers (SQUID), bezüglich ihrer Baugröße möglichst miniaturisiert ist.Compared to this state of the art, there is the task of a To further develop the device of the type specified at the beginning, that they, preferably for the production of a superconducting quan teninterferometers (SQUID), regarding their size if possible is miniaturized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die unteren und die oberen streifenförmigen dünnen Supraleiterschich ten überkreuzen und daß die Engstellen durch mindestens ein Ver bindungsteil gebildet sind, das im Kreuzungsbereich der streifen förmigen dünnen Supraleiterschichten an den gegenüberliegenden Rändern der oberen streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht die Isolierschicht überbrückt und so die Verbindung zu der unte ren streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht herstellt.This object is achieved in that the lower and upper stripe-shaped thin superconductor layer cross and that the bottlenecks by at least one ver Binding part are formed in the crossing area of the stripes shaped thin superconductor layers on the opposite Edges of the upper stripe-shaped thin superconductor layer the insulating layer bridges and thus the connection to the bottom ren produces strip-shaped thin superconductor layer.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den auf den Hauptanspruch zurückbezogenen Unteransprü chen 2 bis 5 angegeben. Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist in den Ansprüchen 6 bis 10 beschrieben.Advantageous embodiments of the device according to the invention are in the dependent claims referring back to the main claim Chen 2 to 5 specified. A method for producing the Invention according device is described in claims 6 to 10.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings described. In these shows

Fig. 1 eine vergrößerte schaubildliche Darstellung eines bekannten quasiplanaren Josephson-Elements. In den Fig. 1 is an enlarged perspective view of a known quasi-planar Josephson element. In the

Fig. 2(A), (B) und (C) ist die Spannungs- Stromstärke-Kennlinie des Josephson-Elements dargestellt. Fig. 2 (A), (B) and (C) is shown the voltage current characteristic of the Josephson element.

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht mit weggebrochenen Teilen vergrößert eine bevorzugte Ausführungsform des Josephson-Elements gemäß der Erfindung, Fig. 3 shows in a plan view with parts broken away enlarged, a preferred embodiment of the Josephson element according to the invention,

Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung des Elements, auf die Linie A-A in Fig. 3 gesehen und Fig. 4 is a perspective view of the element, seen on the line AA in Fig. 3 and

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des Josephson- Elements gemäß der Erfindung, Fig. 5 is an equivalent circuit diagram of the Josephson element according to the invention,

Fig. 6 und 7 zeigen schaubildlich in größerem Maßstab je eine weitere Ausführungsform des Josephson- Elements gemäß der Erfindung, FIGS. 6 and 7 show schematically in larger scale according another embodiment of the Josephson element according to the invention,

Fig. 8 zeigt ein Ersatzschaltbild des Elements gemäß der Fig. 7, Fig. 8 shows an equivalent circuit diagram of the element according to FIG. 7,

Fig. 9(A) und 9(B) zeigen in Kurvenbildern die Abhängigkeit der Stromstärke von dem magnetischen Feld in einem Ausführungsbeispiel eines Josephson- Elements, Fig. 9 (A) and 9 (B) show graphs in the dependence of the current intensity of the magnetic field in an embodiment of a Josephson element,

Fig. 10 bis 13 zeigen in Draufsicht in größerem Maßstab Ausführungsformen von Josephson-Elementen gemäß der Erfindung, Figs. 10 to 13 show in plan view in larger scale embodiments of Josephson elements according to the invention,

Fig. 14 zeigt schaubildlich einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 10, und FIG. 14 shows a cross section along the line AA in FIGS. 10, and

Fig. 15 schaubildlich einen Querschnitt längs der Linie A-A in der Fig. 11, Fig. 15 diagrammatically shows a cross section along the line AA in FIG. 11,

Fig. 16 ist ein Ersatzschaltbild des Josephson- Elements gemäß der in den Fig. 10 bis 13 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 16 is an equivalent circuit diagram of the Josephson element according to the, in FIGS. 10 to 13 shown embodiment of the invention

Fig. 17(A), (B), (C), (D), (E), (F) und (G) zeigen die Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Josephson-Elements gemäß der Erfindung, Fig. 17 (A), (B), (C), (D), (E), (F) and (G) show the steps of the method for manufacturing the Josephson element according to the invention,

Fig. 18(A), (B) und (C) zeigen Ausführungsbeispiele von Reihenschaltungen von Josephson-Elementen, Fig. 18 (A), (B) and (C) show examples of series circuits of Josephson elements,

Fig. 19(E), (F) und (G) und Fig. 20(E′), (F′) und (G′) zeigen einige Schritte des Verfahrens zum Herstellen des in der Fig. 6 gezeigten Josephson-Elements, Fig. 19 (E), (F) and (G) and Fig. 20 (E), (F ') and (G') show some steps of the method for manufacturing the in Fig. Shown 6 Josephson element,

Fig. 21(E), (F), (G) und Fig. 22(E′), (F′), (G′) zeigen einige Schritte des Verfahrens zum Herstellen des in der Fig. 7 gezeigten Josephson-Elements. Fig. 21 (E), (F), (G) and Fig. 22 (E '), (F'), (G ') show some steps of the method for manufacturing the Josephson element shown in Fig. 7.

Gemäß den Fig. 3 und 4 ist auf einem Substrat 1 eine streifenförmige dünne Supraleiterschicht 2, auf dieser eine Isolierschicht 4 und auf dieser eine die dünne Supraleiterschicht 2 kreuzende, dünne Supraleiterschicht 3 angeordnet. Im Bereich der Fläche, in der die Supraleiterschichten 2 und 3 einander kreuzen, ist auf der oberen dünnen Supraleiterschicht 3 eine Schicht angeordnet, die sich an den die zwischen der oberen und der unteren Supraleiterschicht freiliegenden Rändern 4′ und 4′′ der Isolierschicht 4 über deren Dicke erstreckt und einen supraleitenden Verbindungsteil 5 bildet.According to FIGS. 3 and 4, a strip-shaped thin superconductor layer 2 is arranged on a substrate 1 , an insulating layer 4 thereon and a thin superconductor layer 3 crossing the thin superconductor layer 2 . In the area of the surface in which the superconductor layers 2 and 3 cross each other, a layer is arranged on the upper thin superconductor layer 3 , which is located on the edges 4 ' and 4''of the insulating layer 4 which are exposed between the upper and the lower superconductor layer whose thickness extends and forms a superconducting connecting part 5 .

Die beiden streifenförmigen dünnen Supraleiterschichten kreuzen daher einander unter Zwischenlage der Isolierschicht, so daß die elektrostatische Kapazität des Josephson-Elements von den Breiten a bzw. b der streifenförmigen dünnen Supraleiterschichten 2 und 3 abhängt. Wenn daher die Breite dieser dünnen Schichten kleiner ist als 1 µm, erhält man eine äußerst kleine Kreuzungsfläche a · b von weniger als 1 µm². Diese Fläche wird auch dann nicht verändert, wenn die dünnen Supraleiterschichten eine etwas andere Lage haben, so daß bei der Photolithographie bzw. der Elektronenstrahllithographie die Masken nicht genau in einer bestimmten Lage angeordnet zu sein brauchen. Aus diesem Grunde kann man ohne weiteres Elemente mit kleiner, reproduzierbarer Kapazität herstellen.The two strip-shaped thin superconductor layers therefore cross each other with the interposition of the insulating layer, so that the electrostatic capacity of the Josephson element depends on the widths a and b of the strip-shaped thin superconductor layers 2 and 3 . Therefore, if the width of these thin layers is smaller than 1 µm, an extremely small crossing area a · b of less than 1 µm² is obtained. This area is not changed even if the thin superconductor layers have a somewhat different position, so that in the case of photolithography or electron beam lithography, the masks need not be arranged exactly in a specific position. For this reason, elements with small, reproducible capacity can be easily produced.

Auch bei der Herstellung des aus einer dünnen Schicht bestehenden supraleitenden Verbindungsteils 5 auf der Kreuzungsfläche der dünnen supraleitenden Schichten brauchen die Masken nicht genau in einer bestimmten Lage angeordnet zu werden.Even when the superconducting connecting part 5 , which consists of a thin layer, is produced on the crossing surface of the thin superconducting layers, the masks do not need to be arranged exactly in a specific position.

Im Betrieb des Josephson-Elements fließt Suprastrom über beide Seitenränder 4′ und 4′′ der Isolierschicht. Diese Ränder sind die kürzesten Verbindungswege zwischen der oberen und der unteren Supraleiterschicht und sind in dem in Fig. 5 gezeigten Ersatzschaltbild durch zwei parallelgeschaltete quasiplanare Josephson- Elemente dargestellt. Der durch das Josephson-Element fließende kritische Strom I_m ist daher doppelt so groß wie der kritische Strom eines einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements. Dagegen ist der Übergangswiderstand R_j nur halb so groß wie der Übergangswiderstand eines einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements, so daß das Produkt I_mR_j gleich dem Produkt I_mR_j bei einem einzelnen quasiplanaren Josephson-Element ist. Das Element hat daher eine sehr gute Kennlinie, die der eines einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements vergleichbar ist, aber eine viel kleinere Kapazität als das einzelne quasiplanare Josephson-Element.In operation of the Josephson element, supra current flows over both side edges 4 ' and 4''of the insulating layer. These edges are the shortest connection paths between the upper and the lower superconductor layer and are represented in the equivalent circuit diagram shown in FIG. 5 by two quasi-planar Josephson elements connected in parallel. The critical current I _m flowing through the Josephson element is therefore twice as large as the critical current of a single quasi-planar Josephson element. In contrast, the contact resistance R _{j is} only half the contact resistance of a single quasiplanar Josephson element, so that the product I _m R _{j is} equal to the product I _m R _j for a single quasiplanar Josephson element. The element therefore has a very good characteristic curve which is comparable to that of a single quasi-planar Josephson element, but a much smaller capacity than the single quasi-planar Josephson element.

Fig. 6 zeigt schaubildlich ein gegenüber der Fig. 3 abgeändertes Josephson-Element mit einem supraleitenden Verbindungsteil 5, der aus einer linienförmigen Schicht besteht. In dieser Ausführungsform hat der supraleitende Verbindungsteil 5 eine kleinere Breite C als in der Fig. 3, so daß im Vergleich mit Fig. 2(A) ohne Vergrößerung der Kapazität der Übergangswiderstand R_j vergrößert und die kritische Stromstärke I_m verringert werden kann. FIG. 6 shows a Josephson element modified from FIG. 3 with a superconducting connecting part 5 , which consists of a linear layer. In this embodiment, the superconducting connecting part 5 has a smaller width C than in FIG. 3, so that in comparison with FIG. 2 (A) the contact resistance R _{j can be} increased without increasing the capacitance and the critical current intensity I _m can be reduced.

Fig. 7 zeigt schaubildlich ein weiteres gegenüber der Fig. 3 abgeändertes Josephson-Element, in dem der supraleitende Verbindungsteil 5 von zwei linienförmigen Schichten gebildet wird. Im Betrieb dieses Elements fließt Suprastrom an jedem der Seitenränder 4′, 4′′, 4′′′ und 4′′′′ der Isolierschicht, welche die kürzesten Wege zwischen der oberen und der unteren dünnen Supraleiterschicht darstellen und die in dem Ersatzschaltbild der Fig. 8 durch vier parallelgeschaltete quasiplanare Josephson-Elemente dargestellt sind. Der durch das Josephson-Element gemäß der Fig. 7 fließende kritische Strom I_m ist daher viermal so stark wie der kritische Strom eines einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements, während der Übergangswiderstand R_j nur ein Viertel des Übergangswiderstandes des einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements beträgt, so daß das Produkt I_mR_j gleich dem Produkt I_mR_j des einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements ist. Aus diesem Grunde hat das Josephson-Element gemäß Fig. 7 eine sehr gute Kennlinie, die der des einzelnen quasiplanaren Josephson-Elements vergleichbar ist. FIG. 7 shows another Josephson element modified from FIG. 3, in which the superconducting connecting part 5 is formed by two linear layers. In the operation of this element, supercurrent flows at each of the side edges 4 ', 4'',4''' and 4 '''' of the insulating layer, which represent the shortest paths between the upper and the lower thin superconductor layer and which are shown in the equivalent circuit diagram of Fig . Josephson elements 8 are shown by four parallel-connected quasi-planar. The critical current I _m flowing through the Josephson element according to FIG. 7 is therefore four times as strong as the critical current of a single quasiplanar Josephson element, while the contact resistance R _{j is} only a quarter of the contact resistance of the individual quasiplanar Josephson element, so that the product I _m R _{j is} equal to the product I _m R _{j of} the single quasi-planar Josephson element. For this reason, the Josephson element according to FIG. 7 has a very good characteristic curve, which is comparable to that of the individual quasi-planar Josephson element.

Das in der Fig. 7 gezeigte Josephson-Element verhält sich ferner hinsichtlich des sich in der Pfeilrichtung erstreckenden magnetischen Feldes wie drei parallelgeschaltete Josephson-Elemente, deren kritische Stromstärken im Verhältnis 1 : 2 : 1 zueinander stehen. Dieses Josephson-Element arbeitet daher wie ein Interferometer mit drei Josephson-Elementen, wobei die Abhängigkeit der Stromstärke von dem magnetischen Feld der in der Fig. 9(A) dargestellten Kurve entspricht, aus der ein weiter Bereich normaler Leitung zwischen Maxima der Supraleitung hervorgeht. Zum Vergleich ist in der Fig. 9(B) die Abhängigkeit der Stromstärke von dem magnetischen Feld für ein Interferometer mit zwei Josephson-Elementen dargestellt. Man erkennt, daß die Konstruktion und die Herstelung der Schaltelemente erleichtert werden.The Josephson element shown in FIG. 7 also behaves with respect to the magnetic field extending in the direction of the arrow like three Josephson elements connected in parallel, the critical current strengths of which are in a ratio of 1: 2: 1 to one another. This Josephson element therefore works like an interferometer with three Josephson elements, the dependence of the current intensity on the magnetic field corresponding to the curve shown in FIG. 9 (A), from which a wide range of normal conduction between maxima of superconductivity results. For comparison, FIG. 9 (B) shows the dependence of the current strength on the magnetic field for an interferometer with two Josephson elements. It can be seen that the design and manufacture of the switching elements are facilitated.

In den Fig. 10 bis 13 sind in Draufsicht vergrößert weitere Abänderungen des in der Fig. 3 gezeigten Josephson-Elements dargestellt. Fig. 14 zeigt schaubildlich ein Josephson-Element im Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 10. Fig. 15 zeigt schaubildlich ein Josephson-Element im Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 11.In Figs. 10 to 13 are further modifications of the illustrated in Fig. 3 shown Josephson element in plan view enlarged. FIG. 14 shows a diagram of a Josephson element in cross section along the line AA in FIG. 10. FIG. 15 shows a diagram of a Josephson element in cross section along the line AA in FIG. 11.

Gemäß den Fig. 10 bis 15 ist auf dem Substrat 1 die erste dünne Supraleiterschicht 2 angeordnet, auf der ein Schichtkörper vorgesehen ist, der aus der Isolierschicht 4 und der zweiten dünnen Supraleiterschicht 3 besteht. In diesem Schichtkörper sind mehrere Nuten 6 oder Ausnehmungen 7 ausgebildet. Die erste und die zweite dünne Supraleiterschicht 2 bzw. 3 sind miteinander durch den supraleitenden Verbindungsteil 5 verbunden, der sich an den an den Nuten oder Ausnehmungen freiliegenden Rändern der Isolierschicht 4 über deren Dicke erstreckt. Gemäß den Fig. 10, 11, 12 bedeckt der supraleitende Verbindungsteil den Bereich, in dem die erste und die zweite dünne Supraleiterschicht übereinanderliegen. Gemäß der Fig. 13 sind in diesem Bereich mehrere streifenförmige, schwach supraleitende Verbindungsteile 5 vorgesehen, welche die Nuten 6 kreuzen.Referring to FIGS. 10 through 15, the first thin superconductor layer 2 is disposed on the substrate 1 on which a laminated body is provided, consisting of the insulating layer 4 and the second superconductor thin layer 3. A plurality of grooves 6 or recesses 7 are formed in this laminate. The first and second thin superconductor layers 2 and 3 are connected to one another by the superconducting connecting part 5 , which extends over the thickness of the insulating layer 4 at the edges of the insulating layers 4 that are exposed at the grooves or recesses. Referring to FIGS. 10, 11, 12 covers the superconducting connecting part the area in which the first and second thin superconductor layer are superposed. According to FIG. 13, several strip-shaped, weakly superconducting connecting parts 5 are provided in this area, which cross the grooves 6 .

Es ist also ein Schichtkörper vorgesehen, der aus der Isolierschicht und der zweiten dünnen Supraleiterschicht besteht und der mit mehreren Nuten oder Ausnehmungen ausgebildet ist. De beiden dünnen Supraleiterschichten sind miteinander durch den supraleitenden Verbindungsteil verbunden, der sich an den an den Nuten oder Ausnehmungen freiliegenden Seitenrändern der Isolierschicht über deren Dicke erstreckt. Infolgedessen hat der supraleitende Verbindungsteil, der die beiden dünnen Supraleiterschichten miteinander verbindet, eine viel größere wirksame Breite, ohne daß die Fläche a · b des Josephson-Elements vergrößert wird. A laminated body is therefore provided, which from the insulating layer and the second thin superconductor layer exists and that with several grooves or recesses is trained. The two thin superconductor layers are interconnected by the superconducting Connected part connected to the the side edges exposed to the grooves or recesses the insulating layer extends over its thickness. Consequently has the superconducting connecting part that connects the two thin superconductor layers together, a much larger effective width without the Area a · b of the Josephson element is enlarged.

Das vorliegende Josephson-Element hat daher gemäß der Fig. 2(C) bei kleiner Fläche eine höhere kritische Stromstärke. Dieses Josephson-Element kann somit im Ersatzschaltbild durch mehrere parallelgeschaltete Josephson- Elemente dargestellt werden, wie dies in der Fig. 16 gezeigt ist, und aht eine äußerst hohe kritische Stromstärke I_m.The present Josephson element therefore has a higher critical current in a small area according to FIG. 2 (C). This Josephson element can thus be represented in the equivalent circuit diagram by a plurality of Josephson elements connected in parallel, as shown in FIG. 16, and has an extremely high critical current intensity I _m .

In den in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsformen hat das Josephson-Element folgende Vorteile:In the embodiments shown in FIGS. 10 to 15, the Josephson element has the following advantages:

(1) Das Element kann mit geringen Kosten pro Element massenproduziert werden.(1) The item can be made with low cost per item be mass produced.
(2) Es können mehr Elemente auf einem Substrat integriert werden.(2) More elements can be integrated on one substrate will.
(3) Bei Verwendung in einem Generator, der zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen dient und mit veränderbarer Frequenz und konstanter Spannung arbeitet, kann selbst bei sehr hohen Frequenzen bzw. kurzen Wellen das Element viel kleiner sein als die Wellenlänge.(3) When used in a generator that is used to generate of electromagnetic waves and with changeable Frequency and constant voltage can work even at very high frequencies or short waves the element can be much smaller than the wavelength.

Nachstehend soll nun anhand der Fig. 17A bis G ein Verfahren zur Herstellung des in der Fig. 3 gezeigten Josephson-Elements beschrieben werden.A method for producing the Josephson element shown in FIG. 3 will now be described below with reference to FIGS. 17A to G.

Zuerst wird mittels einer Maske auf dem Substrat 1 die erste streifenförmige dünne Supraleiterschicht 2 gebildet. Diese dünne Supraleiterschicht kann aus verschiedenen supraleitenden Materialien hergestellt werden, beispielsweise aus Metallen, wie Nb, Ta, W, La, Pb, Sn, In oder Al oder deren Legierungen. Gemäß der Fig. 17 wird auf dem Substrat 1 durch Photolithographie oder Elektronenstrahllithographie (Fig. 17(A)) eine Photolackmaske M1 gebildet. Durch diese Maske hindurch wird dann supraleitendes Material auf das Substrat in einer Dicke von mehreren zehn nm bis mehreren hundert nm aufgesputtert oder aufgedampft. Dann wird die Maske weggenommen, so daß die streifenförmige erste dünne Supraleiterschicht 2 zurückbleibt (Fig. 17(B)). Dabei ist dieser Streifen an beiden Seiten verbreitert, damit ein Außenanschluß leichter vorgenommen werden kann. Auf der ersten dünnen streifenförmigen Supraleiterschicht 2 wird dann eine diese kreuzende streifenförmige Photolackmaske M2 angeordnet, die ein Fenster besitzt (Fig. 17(C)), worauf ein Isoliermaterial oder Halbleitermaterial, wie SiO₂, in einer Dicke von 5 nm bis mehreren hundert nm aufgeputtert oder aufgedampft wird. Dann wird supraleitendes Material in einer Dicke von mehreren zehn nm bis mehreren hundert nm aufgesputtert oder aufgedampft. Wenn dann die Maske weggenommen wird, bleibt die zweite streifenförmige dünne Supraleiterschicht 3 zurück (Fig. 17(D)). Nun wird die ganze Fläche durch Ionenstrahlzerstäubung gereinigt, um einen Oxidfilm von der Supraleiterfläche zu entfernen, worauf auf die ganze Fläche ein Material in einer Dicke von mehreren zehn nm bis mehreren hundert nm aufgesputtert oder aufgedampft wird. Dann wird auf der Kreuzungsfläche der beiden Streifen eine Photolackmaske M3 gebildet (Fig. 17(E)), worauf das von der Maske nicht abgedeckte Material chemisch weggeätzt wird (Fig. 17(F)). Schließlich wird die Photolackmaske M3 entfernt (Fig. 17(G)).First, the first strip-shaped thin superconductor layer 2 is formed on the substrate 1 using a mask. This thin superconductor layer can be produced from various superconducting materials, for example from metals such as Nb, Ta, W, La, Pb, Sn, In or Al or their alloys. According to the Fig. 17 is on the substrate 1 by photolithography or electron beam lithography (Fig. 17 (A)), a photoresist mask M 1 formed. Through this mask, superconducting material is then sputtered or evaporated onto the substrate in a thickness of several tens of nm to several hundred nm. Then the mask is removed so that the stripe-shaped first thin superconductor layer 2 remains ( Fig. 17 (B)). This strip is widened on both sides so that an external connection can be made more easily. On the first thin strip-shaped superconductor layer 2 , a strip-shaped photoresist mask M 2 crossing this is arranged, which has a window ( FIG. 17 (C)), whereupon an insulating material or semiconductor material, such as SiO₂, in a thickness of 5 nm to several hundred nm is sputtered or evaporated. Then superconducting material is sputtered or evaporated to a thickness of several tens of nm to several hundred nm. If the mask is then removed, the second strip-shaped thin superconductor layer 3 remains ( FIG. 17 (D)). Now the entire surface is cleaned by ion beam sputtering in order to remove an oxide film from the superconductor surface, whereupon a material with a thickness of several tens of nm to several hundred nm is sputtered or evaporated onto the entire surface. A photoresist mask M 3 is then formed on the intersection of the two strips ( FIG. 17 (E)), whereupon the material not covered by the mask is chemically etched away ( FIG. 17 (F)). Finally, the photoresist mask M 3 is removed ( Fig. 17 (G)).

In diesem Verfahren wird die Photolackmaske M2 so angeordnet, daß sie die erste dünne Supraleiterschicht 2 keuzt (Fig. 17(C)), und wird durch dieselbe Maske M2 hindurch sowohl das Isoliermaterial als auch auf dieses das supraleitende Material für die zweite Supraleiterschicht aufgesputtert oder aufgedampft. Dabei ist es wichtig, daß das Isoliermaterial auf die streifenförmige dünne Supraleiterschicht 2 in Form eines diese kreuzenden Streifens aufgesputtert oder aufgedampft wird. Ein Auftragen der dünnen Schicht aus Isoliermaterial auf die ganze Fläche der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht 2 mit Hilfe der für deren Bildung verwendeten Maske M1 würde in dem Verfahren zur Herstellung des Josephson-Elements einen beträchtlichen Nachteil bedingen, weil es sehr schwierig wäre, vor der Bildung des supraleitenden Verbindungsteils nur einen gewählten Teil des Isoliermaterials durch Ionenstrahlzerstäubung in einem Bereich zu entfernen, in dem die obere und die untere dünne Supraleiterschicht nicht übereinanderliegen, ohne die Oberfläche der darunter befindlichen dünnen Supraleiterschicht zu beschädigen. In dem vorstehend angegebenen Verfahren wird die ganze Fläche einer Reinigung durch Ionenstrahlzerstäubung unterworfen, um den Oxidfilm von der Oberfläche des Supraleiters zu entfernen, und werden in diesem Zeitpunkt auch die Seitenränder der Isolierschicht geformt.In this method, the photoresist mask M 2 is arranged to wedge the first thin superconductor layer 2 ( Fig. 17 (C)), and through the same mask M 2 , both the insulating material and the superconducting material for the second superconducting layer are formed thereon sputtered or evaporated. It is important that the insulating material is sputtered or vapor-deposited onto the strip-shaped thin superconductor layer 2 in the form of a strip crossing it. Applying the thin layer of insulating material to the entire surface of the first strip-shaped thin superconductor layer 2 with the aid of the mask M 1 used for its formation would have a considerable disadvantage in the method for producing the Josephson element because it would be very difficult to do so Formation of the superconducting connecting part to remove only a selected part of the insulating material by ion beam sputtering in an area in which the upper and lower thin superconductor layers do not lie one on top of the other without damaging the surface of the thin superconductor layer underneath. In the above-mentioned method, the entire surface is subjected to ion beam sputter cleaning to remove the oxide film from the surface of the superconductor, and the side edges of the insulating layer are also formed at this time.

Die Isolierschicht wird in der vorstehend beschriebenen Weise durch Aufsputtern oder Aufdampfen des Isolier- oder Halbleitermaterials hergestellt. Wenn die Isolierschicht eine sehr kleine Dicke besitzt (gewöhnlich unter 10 nm), können in der Isolierschicht Nadellöcher auftreten, die zu Supraleitungskurzschlüssen führen könne. Um die Bildung derartiger Nadellöcher zu vermeiden, setzt man die Isolierschicht vorzugsweise einer oxidierend wirkenden Atmosphäre aus, so daß auf der Oberfläche dieser Schicht ein Oxid gebildet wird.The insulating layer is described in the above Way by sputtering or vapor deposition of the Insulating or semiconductor material manufactured. If the Insulation layer has a very small thickness (usually below 10 nm), can be in the insulating layer Pinholes occur that lead to superconducting short circuits can lead. To the formation of such pinholes to avoid, the insulating layer is preferred an oxidizing atmosphere, so that on the An oxide is formed on the surface of this layer.

Anstatt durch Aufsputtern oder Aufdampfen des Isolier- oder Halbleitermaterials kann man die Isolierschicht auch bilden, indem die Oberfläche der dünnen Supraleiterschicht 2 durch das Fenster in der Maske M2 hindurch einer oxidierend wirkenden Atmosphäre ausgesetzt und dadurch oxidiert wird.Instead of sputtering or vapor deposition of the insulating or semiconductor material, the insulating layer can also be formed by exposing the surface of the thin superconductor layer 2 through the window in the mask M 2 to an oxidizing atmosphere and thereby oxidizing it.

Anhand der Fig. 18 sollen jetzt drei weitere Ausführungsformen von Reihenschaltungen von Josephson- Elementen beschrieben werden.Now three further embodiments of series circuits of Josephson elements are to be described with reference to Fig. 18.

In der Fig. 18 sind mehrere untere dünne Supraleiterschichten 2₁, 2₂ und 2₃ in Abständen voneinander angeordnet und mehrere obere dünne Supraleiterschichten 3₁, 3₂ und 3₃ auf den unteren dünnen Supraleiterschichten diese kreuzend und deren Zwischenräume überbrückend angeordnet, wobei zwischen übereinanderliegenden Supraleiterschichten 2 und 3 jeweils eine Isolierschicht vorgesehen ist. Die einander oberen und unteren Supraleiterschichten sind an ihren Kreuzungsstellen miteinander durch supraleitende Verbindungsteile 5₁, 5₂, 5₃, 5₄ und 5₅ verbunden, die sich an den Rändern der Isolierschichten über deren Dicke erstrecken. Bei dieser Reihenschaltung von Josephson-Elementen nimmt die Kapazität der ganzen Reihenschaltung umgekehrt proportional der Anzahl der sie bildenden Josephson-Elemente ab und nimmt der Widerstand der Reihenschaltung proportional der Anzahl der sie bildenden Josephson-Elemente zu, weil die Kapazitäten der Kreuzungsbereiche hintereinandergeschaltet sind. Bei Verwendung der Josephson-Elemente als Generator für elektromagnetische Wellen erleichtert ein höherer Widerstand die Anpassung. Eine derartige Anordnung von mehreren Josephson-Elementen hat bei der Herstellung den Vorteil, daß für das Aufsputtern oder Aufdampfen weniger Zeit benötigt wird. Zur Herstellung einer derartigen Anordnung kann man wie folgt vorgehen: Zuerst werden auf ein Substrat die ersten dünnen Supraleiterschichten 2₁, 2₂, 2₄, 2₅ . . . durch eine Photolackmaske hindurch aufgesputtert oder aufgedampft. Dann werden die Isolierschicht und die zweiten Supraleiterschichten 3₁, 3₂, 3₃, 3₄, 3₅ . . . derart aufgesputtert oder aufgedampft, daß sie jeweils zwei einander benachbarte erste dünne Supraleiterschichten 2₁, 2₂; 2₂, 2₃; 2₃, 2₄ . . . kreuzen. Schließlich werden an den Kreuzungsbereichen supraleitende Verbindungsteile gebildet. Man erkennt, daß hintereinandergeschaltete Elemente unabhängig von deren Anzahl durch nur viermaliges Aufsputtern oder Aufdampfen hergestellt werden können.In Fig. 18, a plurality of lower thin superconductor layers 2 ₁, 2 ₂ and 2 ₃ are arranged at intervals from each other and a plurality of upper thin superconductor layers 3 ₁, 3 ₂ and 3 ₃ on the lower thin superconductor layers crossing these and the spaces between them, whereby between superimposed superconductor layers 2 and 3 each have an insulating layer. The top and bottom superconductor layers are connected to each other at their crossing points by superconducting connecting parts 5 ₁, 5 ₂, 5 ₃, 5 ₄ and 5 ₅, which extend at the edges of the insulating layers over their thickness. In this series connection of Josephson elements, the capacitance of the entire series connection decreases inversely in proportion to the number of Josephson elements that form it, and the resistance of the series connection increases in proportion to the number of Josephson elements that form it, because the capacitances of the crossing regions are connected in series. When using the Josephson elements as a generator for electromagnetic waves, a higher resistance facilitates the adaptation. Such an arrangement of several Josephson elements has the advantage in production that less time is required for sputtering or vapor deposition. To produce such an arrangement, one can proceed as follows: First, the first thin superconductor layers 2 ₁, 2 ₂, 2 ₄, 2 ₅ on a substrate. . . sputtered or evaporated through a photoresist mask. Then the insulating layer and the second superconductor layers 3 ₁, 3 ₂, 3 ₃, 3 ₄, 3 ₅. . . sputtered or evaporated so that they each have two adjacent first thin superconductor layers 2 ₁, 2 ₂; 2 ₂, 2 ₃; 2 ₃, 2 ₄. . . cross. Finally, superconducting connecting parts are formed at the intersection areas. It can be seen that elements connected in series, regardless of their number, can be produced by sputtering or vapor deposition only four times.

Nun soll das Verfahren zum Herstellen des Josephson-Elements gemäß der Fig. 6 beschrieben werden. Dabei entsprechen die ersten Schritte in diesem Verfahren den in den Fig. 17(A) bis 17(D) dargestellten, so daß diese Schritte nicht noch einmal beschrieben werden. Die darauffolgenden Schritte werden anhand der Fig. 19 beschrieben.The method for manufacturing the Josephson element according to FIG. 6 will now be described. The first steps in this process correspond to those shown in FIGS. 17 (A) to 17 (D), so that these steps will not be described again. The subsequent steps are described with reference to FIG. 19.

In dem Bereich, in dem die gemäß den Fig. 17(A) bis 17(D) gebildeten Streifen einander kreuzen, werden mehrere Photolackmasken M3 in Form von parallelen Linien gebildet, deren Abstand d voneinander kleiner ist als die Breite a der ersten streifenförmigen Supraleiterschicht 2 (Fig. 19(E)). Das von den Masken nicht abgedeckte Material wird chemisch weggeätzt (Fig. 19(F)). Schließlich wird die Photolackmaske M3 entfernt (Fig. 19(G)). In the region in which the stripes formed according to FIGS. 17 (A) to 17 (D) cross each other, a plurality of photoresist masks M 3 are formed in the form of parallel lines, the spacing d of which is smaller than the width a of the first strip-shaped Superconductor layer 2 ( Fig. 19 (E)). The material not covered by the masks is chemically etched away ( Fig. 19 (F)). Finally, the photoresist mask M 3 is removed ( Fig. 19 (G)).

Die in den Fig. 19(E), (F) und (G) dargestellten Schritte können durch die in den Fig. 20(E′), (F′) und (G′) dargestellten Schritte ersetzt werden. Auf der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht 2 wird eine Photolackmaske M4 angeordnet, die mehrere Fenster 16 in Form von parallelen Linien besitzt, deren Abstand d voneinander kleiner ist als die Breite a der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht 2 (Fig. 20(E′)). Danach wird die ganze Fläche durch Ionenstrahlzerstäubung gereinigt, worauf durch die Fenster 16 der Photolackmaske M4 hindurch supraleitendes Material aufgesputtert oder aufgedampft wird (Fig. 20(F)). Danach wird die Photolackmaske M4 entfernt und zur Fertigstellung des Josephson-Elements das supraleitende Material entfernt (abgehoben) (Fig. 20(G′)).The steps shown in Figs. 19 (E), (F) and (G) can be replaced by the steps shown in Figs. 20 (E '), (F') and (G '). A photoresist mask M 4 is arranged on the first strip-shaped thin superconductor layer 2 , which has a plurality of windows 16 in the form of parallel lines, the distance d from which is smaller than the width a of the first strip-shaped thin superconductor layer 2 ( FIG. 20 (E ')) . Thereafter, the entire surface is cleaned by ion beam sputtering, whereupon superconducting material is sputtered or evaporated through the windows 16 of the photoresist mask M 4 ( FIG. 20 (F)). Then the photoresist mask M 4 is removed and the superconducting material is removed (lifted off) to complete the Josephson element ( FIG. 20 (G ')).

In dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren ist es wesentlich, daß mehrere Photolackmasken M3 in Form von parallelen Linien verwendet werden, deren Abstände d kleiner sind als die Breite a der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht, oder daß eine Photolackmaske M4 mit Fenstern (Fig. 19(E) oder Fig. 20(E′)) verwendet wird. Wenn die Bedingung d<a erfüllt ist, kann der supraleitende Verbindungsteil 5 mit einer kleineren Breite C zuverlässig im Bereich der Kreuzung von zwei dünnen Supraleiterschichten 2 und 3 gebildet werden, ohne daß die Photolackmasken M3 und M4 besonders genau angeordnet werden müssen. Auf diese Weise kann man daher ein Josephson-Element mit einem hohen Übergangswiderstand R_j leicht herstellen.In the manufacturing process described above, it is essential that a plurality of photoresist masks M 3 are used in the form of parallel lines, the distances d of which are smaller than the width a of the first strip-shaped thin superconductor layer, or that a photoresist mask M 4 with windows ( Fig. 19 ( E) or Fig. 20 (E ')) is used. If the condition d <a is met, the superconducting connecting part 5 with a smaller width C can be reliably formed in the region of the intersection of two thin superconductor layers 2 and 3 without the photoresist masks M 3 and M 4 having to be arranged particularly precisely. In this way, it is therefore easy to manufacture a Josephson element with a high contact resistance R _j .

Jenes Material für das Verbindungsteil 5, das außerhalb des Kreuzungsbereichs aufgetragen wird und die beiden Supraleiterschichten 2 und 3 nicht verbindet, hat keinen Einfluß auf die Eigenschaften des Josephson-Elements. The material for the connecting part 5 , which is applied outside the crossing area and does not connect the two superconductor layers 2 and 3 , has no influence on the properties of the Josephson element.

Das in der Fig. 7 dargestellte Josephson-Element wird im wesentlichen ebenso hergestellt wie das in der Fig. 6 gezeigte. Daher werden nur die unterschiedlichen Maßnahmen erläutert. Die Fig. 21(E), (F) und (G) entsprechen den Fig. 19(E), (F) bzw. (G). Die Fig. 22(E′), (F′) und (G′) entsprechen den Fig. 20(E′), (F′) bzw. (G′). Der Unterschied besteht darin, daß gemäß den Fig. 21(E) und 22(E′) eine Photolackmaske M3 mit parallelen Linien in Abständen d, die kleiner sind als die Hälfte der Breite a der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht, und eine Photolackmaske M4 mit Fenstern in Form von parallelen Linien in Abständen d von weniger als der Hälfte der Breite a der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht verwendet werden. Wenn die Bedingung d<1/2 a erfüllt ist, kann an der Kreuzungsfläche der beiden dünnen Supraleiterschichten 2 und 3 der supraleitende Verbindungsteil 5 mit der kleinen Breite C gebildet werden, ohne daß die Photolackmasken M3 und M4 genau in einer vorherbestimmten Lage angeordnet werden. Auf diese Weise kann daher ein Josephson-Element mit hohem Übergangswiderstand R_j ohne weiteres hergestellt werden.The Josephson element shown in FIG. 7 is manufactured essentially the same as that shown in FIG. 6. Therefore only the different measures are explained. Figures 21 (E), (F) and (G) correspond to Figures 19 (E), (F) and (G), respectively. The Fig. 22 (E), (F ') and (G') correspond to Fig. 20 (E), (F ') or (G'). The difference is that, according to FIGS. 21 (E) and 22 (E '), a photoresist mask M 3 with parallel lines at intervals d that are smaller than half the width a of the first strip-shaped thin superconductor layer, and a photoresist mask M 4 can be used with windows in the form of parallel lines at intervals d of less than half the width a of the first strip-shaped thin superconductor layer. If the condition d <1/2 a is met, the superconducting connecting part 5 with the small width C can be formed on the intersection of the two thin superconductor layers 2 and 3 without the photoresist masks M 3 and M 4 being arranged exactly in a predetermined position will. In this way, a Josephson element with a high contact resistance R _j can therefore be easily produced.

Claims

1. Vorrichtung bestehend aus mehreren Josephson-Elementen mit einer unteren streifenförmigen dünnen Supraleiter schicht (2), einer die untere streifenförmige dünne Su praleiterschicht (2) zumindest teilweise überdeckende obere streifenförmige dünne Supraleiterschicht (3), ei ner im Überdeckungsbereich der unteren und der oberen streifenförmigen dünnen Supraleiterschichten (2, 3) zwi schen diesen angeordneten Isolierschicht (4) und mit Engstellen, die die untere und die obere dün nen Supraleiterschichten (2, 3) zur Erzeugung der Josephson-Elemente miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die unteren und die oberen streifenförmigen dünnen Supraleiterschichten (2, 3) überkreuzen und daß die Engstellen durch mindestens ein Verbindungsteil (5) gebildet sind, das im Kreuzungsbereich der streifenför migen dünnen Supraleiterschichten (2, 3) an den gegen überliegenden Rändern der oberen streifenförmigen dün nen Supraleiterschicht (3) die Isolierschicht (4) über brückt und so die Verbindung zu der unteren streifenför migen dünnen Supraleiterschicht (2) herstellt.1. A device comprising a plurality of Josephson elements with a lower strip-shaped thin superconductor layer (2), a lower strip-shaped thin Su praleiterschicht (2) at least partially overlapping upper strip-shaped thin superconductor layer (3), egg ner in the overlapping area of the lower and the upper strip-shaped thin superconductor layers ( 2 , 3 ) between these arranged insulating layer ( 4 ) and with constrictions that connect the lower and the upper thin superconductor layers ( 2 , 3 ) to produce the Josephson elements, characterized in that the lower and the upper strip-shaped thin superconductor layers ( 2 , 3 ) cross over and that the bottlenecks are formed by at least one connecting part ( 5 ) which, in the crossing region of the strip-shaped thin superconductor layers ( 2 , 3 ), on the opposite edges of the upper strip-shaped thin superconductor layer ( 3 ) bridges the insulating layer ( 4 ) and so creates the connection to the lower stripe-shaped thin superconductor layer ( 2 ).

2. Vorrichtung bestehend aue mehreren Josephson-Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eng stellen durch ein linienförmiges Verbindungsteil (5) gebildet sind.2. Device consisting of several Josephson elements according to claim 1, characterized in that the narrow places are formed by a linear connecting part ( 5 ).

3. Vorrichtung bestehend aus mehreren Josephson-Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eng stellen aus zwei linienförmigen Verbindungen (5) gebildet sind.3. Device consisting of several Josephson elements according to claim 1, characterized in that the narrow places are formed from two linear connections ( 5 ).

4. Vorrichtung bestehend aus mehreren Josephson-Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iso lierschicht (4) und die zweite dünne Supraleiterschicht (3) durch einen Schichtkörper gebildet ist, der auf der ersten dünnen Supraleiterschicht (2) angeordnet ist und mehrere Nuten oder Ausnehmungen (6) aufweist, wobei sich der Verbindungsteil (5) über die Seiten der Nuten oder Ausnehmungen (6) erstreckt, wobei er die Isolier schicht (4) überbrückt und so die Verbindung zu der un teren dünnen Supraleiterschicht (2) herstellt.4. The device consisting of several Josephson elements according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 4 ) and the second thin superconductor layer ( 3 ) is formed by a laminated body which is arranged on the first thin superconductor layer ( 2 ) and several Has grooves or recesses ( 6 ), wherein the connecting part ( 5 ) extends over the sides of the grooves or recesses ( 6 ), whereby it bridges the insulating layer ( 4 ) and thus creates the connection to the lower thin superconductor layer ( 2 ) .

5. Vorrichtung bestehend aus mehreren Josephson-Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abstän den voneinander mehrere untere streifenförmige dünne Supraleiterschichten (2 ₁, 2 ₂, 2 ₃) durch mehrere obere streifenförmige dünne Supraleiterschichten (3 ₁, 3 ₂, 3 ₃) überkreuzt werden, wobei je ein Zwischenraum zwischen zwei einander benachbarten ersten streifenförmigen dün nen Supraleiterschichten überbrückt wird.5. The device consisting of several Josephson elements according to claim 1, characterized in that in intervals the several lower strip-shaped thin superconductor layers ( 2 ₁ , 2 ₂ , 2 ₃ ) by several upper strip-shaped thin superconductor layers ( 3 ₁ , 3 ₂ , 3rd ₃ ) are crossed, with a gap between two adjacent first strip-shaped thin superconductor layers being bridged.

6. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat eine erste streifenförmige dünne Supra leiterschicht gebildet wird, daß auf dieser eine Isolierschicht gebildet wird, daß auf der Iso lierschicht eine sie überlappende zweite streifenförmi ge dünne Supraleiterschicht gebildet wird, daß der so gebildete Dünnschichtkörper durch Ionenstrahlzerstäu bung gereinigt wird und daß dann eine dünne Schicht als Verbindungsteil ausgebildet wird, die die zweite dünne Supraleiterschicht im Bereich der Kreuzung zwischen den beiden streifenförmigen dünnen Supraleiterschichten be deckt und sich über die freiliegenden Ränder der zwi schen der ersten und der zweiten dünnen Supraleiter schicht vorhandenen Isolierschicht über deren Dicke er streckt.6. A method of manufacturing a device according to a of claims 1 to 5, characterized in that on a first strip-shaped thin supra on a substrate conductor layer is formed that on this one Insulating layer is formed that on the Iso a second strip-shaped overlap ge thin superconductor layer is formed that the so formed thin-layer body by ion beam scattering exercise is cleaned and that then a thin layer as Connection part is formed, which is the second thin Superconductor layer in the area of the intersection between the be two strip-shaped thin superconductor layers covers and over the exposed edges of the two first and second thin superconductors layer of the existing insulating layer over its thickness stretches.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste streifenförmige dünne Supraleiterschicht in dem mit der Isolierschicht zu versehenden Bereich einer oxidierend wirkenden Atmosphäre ausgesetzt und dadurch in dem genannten Bereich zur Bildung der genannten Iso lierschicht oxidiert wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the first strip-shaped thin superconductor layer in the area to be provided with the insulating layer exposed to an oxidizing atmosphere and thereby in the area mentioned for the formation of the aforementioned iso layer is oxidized.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste streifenförmige dünne Supraleiterschicht in dem mit der Isolierschicht zu versehenden Bereich zur Bildung der genannten Isolierschicht Isoliermateri al aufgesputtert oder aufgedampft wird und daß die so gebildete Isolierschicht zu ihrer Oxidation einer oxi dierend wirkenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um in der Isolierschicht etwa vorhandene Nadellöcher zu schlie ßen.8. The method according to claim 6, characterized in that on the first strip-shaped thin superconductor layer in the area to be provided with the insulating layer to form the insulating layer mentioned Isoliermateri al sputtered or evaporated and that the so formed insulating layer for their oxidation of an oxi exposed to the atmosphere Insulating layer to close any existing pinholes eat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß auf der ganzen Fläche der zweiten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht eine Schicht aus dem Material des Verbindungsteils aufgebracht wird, auf welchem mehrere Photolackmasken in Form von paralle len Linien mit Abständen aufgebracht werden, die klei ner sind als die Breite der ersten streifenförmigen dün nen Supraleiterschicht, und daß der von dem Photolack masken nicht abgedeckte Teil des Verbindungsteilmateri als entfernt wird.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized ge indicates that on the entire surface of the second strip-shaped thin superconductor layer one layer is applied from the material of the connecting part, on which several photoresist masks in the form of parallel len lines are applied at intervals that are small are narrower than the width of the first strip-shaped thin NEN superconductor layer, and that of the photoresist mask uncovered part of the connecting part material than is removed.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß über der ersten streifenförmigen dün nen Supraleiterschicht eine Photolackmaske angeordnet wird, die mehrere Fenster in Form von parallelen Linien besitzt, deren Abstände kleiner sind als die Breite der ersten streifenförmigen dünnen Supraleiterschicht, daß die Oberfläche des beschichteten Substrats durch die Maske hindurch durch Ionenstrahlzerstäubung gereinigt wird und daß dann das Material zur Bildung des Verbin dungsteils durch die Fenster hindurch auf die Oberflä che aufgesputtert oder aufgedampft wird.10. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized ge indicates that over the first strip-shaped thin NEN superconductor layer arranged a photoresist mask will, the multiple windows in the form of parallel lines has distances that are smaller than the width of the first strip-shaped thin superconductor layer that the surface of the coated substrate through the Mask cleaned through ion beam sputtering and that then the material for forming the verb partly through the windows onto the surface sputtered or evaporated.